基于截断泰勒级数的 NISQ 哈密顿量模拟算法

模拟多体量子系统的动力学被认为是量子计算机能够展现相对于经典计算机的量子优势的首要领域之一。含噪声中等规模量子（NISQ）算法旨在有效利用当前可用的量子硬件。对于量子模拟，已提出各类 NISQ 算法，各有优势与挑战。在这项工作中，我们提出一种新算法——截断泰勒量子模拟器（TTQS），它兼具现有算法的优势并缓解了部分缺陷。我们的算法没有任何经典-量子反馈环路，并通过构造规避了贫瘠高原问题。我们的混合量子-经典算法中的经典部分对应于一个带单个二次等式约束的二次约束二次规划（QCQP），其允许半定松弛。该基于 QCQP 的经典优化近期作为量子辅助本征求解器（QAE）——一种用于哈密顿量基态问题的 NISQ 算法——中的经典步骤被引入。因此，我们的工作在用于哈密顿量基态问题的 NISQ 算法与哈密顿量模拟之间提供了概念上的统一。我们将基于微分方程的 NISQ 哈密顿量模拟算法（如量子辅助模拟器（QAS）和变分量子模拟器（VQS））作为我们算法的特例恢复。我们在当前云量子计算机上的一些玩具示例上测试了我们的算法。我们还提供了提升算法准确性的系统方法。